5 -Tensões nos Solos - Capilaridade

Prévia do material em texto

TENSÕES NOS SOLOS - CAPILARIDADE
Bacharelado em Engenharia Civil
Elaurie Favalessa 
Jefferson Oliveira
Heliton Roberto Vilella
Luidi Augusto L. da Silva
Rafael Montarini Galisteu
Sônia Mara de Sá
SEMINÁRIO
INTRODUÇÃO
Solo	
		Trifásico : Sólidos, água, ar
		Transmissão de esforços
Importância de se conhecer as tensões presentes no solo ao se apoiar uma carga
Analisar previamente e posteriormente o comportamento do solo com suas respectivas tensões
Informar a respeito da Capilaridade
Deformações devido a compressão, compressibilidade e adensamento
Elasticidade e Plasticidade
Reologia
OBJETIVO
Este trabalho tem como finalidade aprofundar o estudo das propriedades físicas dos solos, demonstrando situações com tensão em meios particulados e devido ao peso próprio, pressões, a ação da água no solo, e as deformações que ocorrem no mesmo. Definindo assim, alguns aspectos teóricos, buscando apontar como e quando esses fenômenos se tornam possíveis de ocorrer. 
1. CONCEITO DE TENSÕES NUM MEIO PARTICULADO
Em grande parte dos problemas de engenharia de solos, é necessário o conhecimento do estado de tensões em pontos do subsolo, antes e depois da construção de uma estrutura qualquer. As tensões na massa de solo são causadas por cargas externas ou pelo próprio peso do solo.
Conceito de tensões num meio particulado  os solos são constituídos por partículas e as forças são transmitidas de partícula a partícula e suportadas pela água dos vazios.
A maneira na qual as forças são transmitidas entre as partículas é muito complexa e depende do tipo de mineral. 
Granulares
Argilosas
Figura 1
Figura 2
2. TENSÕES DEVIDAS AO PESO PRÓPRIO DO SOLO 
	Em uma situação de tensões geostáticas, portanto, a tensão normal vertical inicial( ) no ponto “A” pode ser obtida considerando o peso do solo acima do ponto “A” dividido pela área.
onde:
	P = (peso do prisma)
	V = (volume do prisma)
	A = (área do prisma)
	 = peso específico natural do solo
Na figura 2 abaixo veremos um solo composto de várias camada horizontais e a tensão será o somatório do efeito das diversas camadas.
Figura 2- Tensões totais verticais no subsolo. Pinto (2000)
3. PRESSÃO NEUTRA E CONCEITO DE TENSÕES EFETIVAS
Pressão neutra (μ): é a pressão da água ou poro-pressão é originada pelo peso da coluna d’água no ponto considerado. 
Terzaghi chegou a conclusão que a tensão total num plano qualquer deve ser considerada como a soma das suas parcelas:
1) A tensão efetiva que é a é a tensão suportada pelos grãos do solo. 
2) A pressão neutra ou poro-pressão é a pressão da água. 
Terzaghi estabeleceu o Princípio das Tensões Efetivas: 
“Se a tensão total num plano aumentar, sem que a pressão da água aumente, as forças transmitidas pelas partículas nos seus contatos se alteram, as posições relativas dos grãos mudam” 
O aumento de tensão foi efetivo! 
http://images.slideplayer.com.br/5/1612903/slides/slide_12.jpg
Terzaghi estabeleceu o Princípio das Tensões Efetivas,que pode ser expresso em duas partes:
1) A tensão efetiva, para solos saturados, pode ser expressa por: 
2) Todos os efeitos mensuráveis resultantes de variações de tensões nos solos, como compressão, resistência ao cisalhamento são devido a variações de tensões efetivas”. 
4. AÇÃO DA ÁGUA CAPILAR NO SOLO
A água pode entrar no solo de variar formas. A água retida no solo pode ser classificada como:
- Gravitacional
- Água Capilar
- Água Higroscópica 
A propriedade do solo de atrair e reter a água no estado líquido e em forma de vapor são o resultado da ação conjunta e complexa de uma série de fatores. Nessa interação solo-água, verifica-se a influência das forças de adsorção do solo: Adesão e Coesão
Fatores que afetam a retenção de água pelo solo: 
- Textura e tipo de argila
- Matéria Orgânica:
 *Efeito direto
 *Efeito indireto
- Estrutura do solo
 
O teor de umidade no solo é, muitas vezes, o fator mais importante ao se verificar as características de engenharia do solo
Além das forças de adsorção, deve-se considerar ainda que no solo, o espaço poroso é bastante semelhante a tubos capilares, aparecendo também na retenção de água pelo solo a ação dos fenômenos de capilaridade.
5. DEFORMAÇÕES
Definição de Deformação: As cargas de uma determinada estrutura ou, por exemplo, da construção de um aterro, são transmitidas ao solo gerando uma redistribuição dos estados de tensão em cada ponto do maciço, a qual irá provocar deformações em maior ou menor intensidade, em toda área nas proximidades do carregamento, que por sua vez, resultarão em recalques superficiais.
Compressão (ou expansão): É o processo pelo qual uma massa de solo, sob a ação de cargas, varia de volume (“deforma”) mantendo sua forma. 
Adensamento: Processo dependente do tempo de variação de volume (deformação) do solo devido à drenagem da água dos poros.
Principais Causas das Deformações.
• Compressão das partículas sólidas;
• Compressão dos espaços vazios do solo, com a consequente expulsão da água (no caso de solo saturado); 
• Compressão da água (ou do fluido) existente nos vazios do solo. 
Tipos de Deformação
Todos os materiais sofrem deformação quando sujeitos a uma mudança de esforço. A deformação dos solos, principalmente os solos finos, não é instantânea.
Recalques diferenciais provocam nas estruturas esforços adicionais que comprometem à sua própria estabilidade. 
6. ELASTICIDADE E PLASTICIDADE
ELASTICIDADE
 
Elasticidade é o fenômeno do aparecimento de deformações imediatas e reversíveis. (Apostila de MC da UFPR).
Classifica-se um material como elástico quando a energia dissipada após um ciclo de carregamento-descarregamento é nula e assim, como pode ser visto na Fig. 1.1, as deformações envolvidas no processo são totalmente reversíveis. É importante ressaltar que um material elástico pode apresentar uma curva tensão-deformação linear ou não linear. 
 
 
 
.
FIGURA 1.1 - Características do comportamento tensão-deformação de um material elástico linear – Fonte: Apostila de Mecânica dos Solos I – USP
a) Elasticidade Linear
 
O primeiro modelo constitutivo utilizado para solos baseou-se na teoria da elasticidade linear, a partir da relação entre tensão (σ) e deformação (ε), formulada por Hooke em 1678.
 
 σ = E ⋅ ε 
 
onde σ é a tensão, ε é a deformação e E é um parâmetro do material denominado módulo de elasticidade. Esta equação é representada pela Fig.1.2
b) Elasticidade não-linear
 
O modelo apresentado no item anterior tem como característica principal a representação do comportamento elástico dos materiais através de um valor constante para o módulo de elasticidade. Contudo, os solos apresentam um comportamento tensão-deformação não-linear, de acordo com
a Fig.1.2 sendo assim, o seu módulo de elasticidade é variável com a variação do seu estado de tensão. (Material didático USP)
 
 
 
 
FIGURA 1.2 - Características do comportamento tensão-deformação de um material elástico não-linear – Fonte: Apostila de Mecânica dos Solos I – USP.
 
PLASTICIDADE
 
A plasticidade pode ser definida em Mecânica dos Solos, como a propriedade que um solo tem de serem moldados, sob certas condições de umidade, sem variação de volume experimentar deformações rápidas, sem que ocorra variação volumétrica apreciável e ruptura, Trata-se de umas das mais importantes propriedades das argilas (Homero Pinto Caputo, 6ª edição).
As três características essenciais da plasticidade são: um critério de escoamento ou plastificação, uma lei de fluxo e uma lei de endurecimentoou encruamento. LODI, P.C (1998).
Figura 1.3 - Comportamento elastoplástico de um metal. Atkinson & Bransy (1978). Fonte – Tese de doutorado . LODI, P.C (1998).
Para solos, a distinção entre deformação recuperável e irrecuperável é melhor ilustrada pelo comportamento que se observa durante uma compressão isotrópica. 
A figura 1.3 ilustra o comportamento de uma argila sob carregamento e descarregamento isotrópico. 
Figura 1.3 – Comportamento elastoplástico de uma argila em um ensaio de compressão isotrópica. Atkinson & Bransby (1978). Fonte: Tese de doutorado . LODI, P.C (1998).
7. REOLOGIA
Definições
Tipos de Reologia
Macro Reologia
FLUIDOS NEWTONIANOS E FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS
INSTRUMENTOS PARA MEDIR A REOLOGIA
CONCLUSÃO
Após a realização desse trabalho, vimos que o solo está exposto a vários tipos de tensões e deformações. Entendemos que o solo ao sofrer solicitações se deforma, modificando o seu volume e forma iniciais. A magnitude das deformações apresentadas pelo solo irá depender de suas propriedades elásticas e plásticas, da situação e do carregamento a ele imposto. O conhecimento das tensões atuantes em um maciço de terra é de vital importância no entendimento do comportamento de praticamente todas as obras de Engenharia Civil.
REFERÊNCIAS
Tensões nos Solos. Disponível em: < ftp://ftp.ifes.edu.br/cursos/Transportes/CelioDavilla/Solos/Literatura%20complementar/Apostila%20FURG%20Solos/10-%20TENSOES_NO_SOLO.pdf > Acesso em: 22/03/2015. 
Tensões na Massa de Solo. Disponível em: < http://www.cesec.ufpr.br/docente/andrea/MEcSolosAvan/PPGCC/TensAula1.pdf > Acesso em: 23/03/2015. 
PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos, 3 ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2000. 
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. 6 ed. Rio de Janeiro. 
Mecânica dos Solos III Disponível em: < http://www.engenhariaconcursos.com.br/arquivos/MecDosSolos/mecdossolosII.pdf > Acesso em: 25/03/2015. 
Mecânica dos Solos. Tensões nos Solos. Disponível em: < http://slideplayer.com.br/slide/1795431/ > Acesso em: 25/03/2015 
A água no Solo. Disponível em: < http://www.dcs.ufla.br/site/_adm/upload/file/pdf/mozart/aula5.pdf > Acesso em: 27/03/2015.
Compressibilidade e Adensamento. Disponível em: < http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/04-MS-Unidade-03-Compressibilidade-e-Adensamento-2013.pdf > Acesso em: 28/03/2015. 
Compressibilidade e Adensamento. Disponível em: < http://www.civilnet.com.br/Files/MecSolos2/Compressilidade%20e%20Adensamento.pdf > Acesso em: 28/03/2015.
Apostila de Material de Construção da UFPR, pg. 11. 
LODI, P.C (1998) – Pg. 11 – Dissertação (Mestrado) – Escola de Engenharia de São Carlos. 
Apostila de Mecânica dos Solos I – USP. Disponível para download em: < https://www.passeidireto.com/arquivo/2060451/apostila-mecanica-dos-solos-i---usp > Acesso em: 30/03/2015.
Reologia. Disponível em: < http://www.fisicadosolo.ccr.ufsm.quoos.com.br/downloads/Disciplinas/FisicaSolo/SEM_Reologia_solo.pdf > Acesso em: 31/03/2015.